JP3265011B2 - Thin film waveguide type optical frequency shifter and optical integrated circuit chip for optical frequency shifter - Google Patents

Thin film waveguide type optical frequency shifter and optical integrated circuit chip for optical frequency shifter

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JP3265011B2
JP3265011B2 JP31776092A JP31776092A JP3265011B2 JP 3265011 B2 JP3265011 B2 JP 3265011B2 JP 31776092 A JP31776092 A JP 31776092A JP 31776092 A JP31776092 A JP 31776092A JP 3265011 B2 JP3265011 B2 JP 3265011B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ヘテロダイン干渉を
応用した精密測定装置等に用いられる光周波数シフタに
関し、特に薄膜光導波路により構成された光集積回路型
の光周波数シフタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency shifter used in a precision measuring device or the like to which heterodyne interference is applied, and more particularly to an optical integrated circuit type optical frequency shifter constituted by a thin film optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】精密測定装置に応用されているヘテロダ
イン干渉測定等の技術においては、光周波数シフタが極
めて重要な素子となる。光周波数シフタとは、光の周波
数を一定量(例えば、ωからω+Δωに)シフトさせる
装置であり、この光周波数シフタによって周波数がシフ
トしたレーザ光を、元の周波数のレーザ光と干渉させる
ことによって、ヘテロダイン干渉法による測定等が行わ
れる。中でも、ヘテロダイン干渉法を応用した超精密な
位置の測定装置の研究が進んでおり、既に一部実用化が
行われている。このような光周波数シフタにおいては、
変換効率すなわち入力光の強度と周波数シフトした出力
光の強度との比が大きいことと、周波数シフト量の選択
の幅が大きいことが、重要な特性として要求される。さ
らに、他の光学部品・光学素子と同様に、かかる光周波
数シフタにおいても、小型化・量産化が可能で駆動電圧
が低く、振動等にも安定で信頼性が高いといった理由か
ら、薄膜光導波路により構成した光集積回路型の素子が
盛んに研究開発されている。
2. Description of the Related Art In a technique such as heterodyne interference measurement applied to a precision measuring apparatus, an optical frequency shifter is a very important element. An optical frequency shifter is a device that shifts the frequency of light by a certain amount (for example, from ω to ω + Δω), and causes the laser light whose frequency is shifted by the optical frequency shifter to interfere with the laser light of the original frequency. , Measurement by heterodyne interferometry, and the like. Above all, research on an ultra-precision position measuring apparatus to which heterodyne interferometry is applied has been advanced, and some of the measuring apparatuses have already been put into practical use. In such an optical frequency shifter,
Important characteristics are that the conversion efficiency, that is, the ratio of the intensity of the input light to the intensity of the output light shifted in frequency is large, and that the frequency shift amount can be selected in a wide range. Furthermore, like other optical components and optical elements, such an optical frequency shifter can be miniaturized and mass-produced, has a low driving voltage, is stable against vibrations, and has high reliability. The optical integrated circuit type device constituted by the above has been actively researched and developed.

【0003】このような薄膜導波路型の光周波数シフタ
のうち主なものとしては、電気光学効果を応用した電気
光学効果型光周波数シフタと、音響光学効果を応用した
音響光学効果型光周波数シフタとがある。電気光学効果
型光周波数シフタとは、薄膜光導波路の両側に設けた一
対の電極に鋸歯形状に変化する電界を印加することによ
って、電気光学効果により周波数をシフトさせるもので
ある。また、音響光学効果型光周波数シフタとは、薄膜
光導波路の導波光に表面弾性波を交差させることによっ
て、表面弾性波の周波数に相当する分だけ周波数をシフ
トさせるものである。電気光学効果型光周波数シフタ
は、原理的に変換効率を高くでき、また実用的に重要な
数10kHzのレベルの周波数シフトを一つのシフタで
実現できる等の長所を有している。一方、音響光学効果
型光周波数シフタは、構成が簡単で、数10MHzレベ
ルの大きい周波数シフトを実現できるという特長があ
る。
The main types of such a thin film waveguide type optical frequency shifter are an electro-optical effect type optical frequency shifter using an electro-optical effect, and an acousto-optical effect type optical frequency shifter using an acousto-optical effect. There is. The electro-optic effect type optical frequency shifter shifts the frequency by an electro-optic effect by applying an electric field that changes in a sawtooth shape to a pair of electrodes provided on both sides of a thin-film optical waveguide. The acousto-optic effect type optical frequency shifter shifts the frequency by an amount corresponding to the frequency of the surface acoustic wave by crossing the surface acoustic wave with the guided light of the thin-film optical waveguide. The electro-optic effect type optical frequency shifter has advantages in that, in principle, the conversion efficiency can be increased, and a practically important frequency shift of several tens of kHz can be realized by one shifter. On the other hand, the acousto-optic effect type optical frequency shifter has a feature that the configuration is simple and a large frequency shift of several tens of MHz can be realized.

【0004】二つの型の光周波数シフタを比較すると、
高い変換効率を得られる可能性があり、数10kHzの
レベルの周波数シフトを一つの素子で実現できる点にお
いて、電気光学効果型光周波数シフタの方がより実用的
と言える。このような薄膜導波路型の電気光学効果型光
周波数シフタとしては、例えば、特開昭63−2921
10号公報に記載された導波路型光周波数シフタの発明
がある。この公報に記載された導波路型光周波数シフタ
においては、導波光を二つの導波路に分岐する偏向モー
ドスプリッタと、うち一つの導波路に設けられた電気制
御型光周波数シフタと、二つの導波路を合流させる合波
素子とを設けている。これによって、光周波数シフタを
組み込んだヘテロダイン光源用の光学素子を、薄膜光導
波路型の素子として構成できる。従って、小型化・量産
化が可能で、安定かつ信頼性が高いヘテロダイン光源用
の光学素子とすることができる。
[0004] Comparing the two types of optical frequency shifters,
The electro-optic effect type optical frequency shifter is more practical in that high conversion efficiency can be obtained and a frequency shift of several tens of kHz can be realized by one element. Such a thin film waveguide type electro-optic effect type optical frequency shifter is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-2921.
No. 10 discloses an invention of a waveguide type optical frequency shifter. In the waveguide type optical frequency shifter described in this publication, a deflection mode splitter for branching guided light into two waveguides, an electrically controlled optical frequency shifter provided in one waveguide, and two waveguides are provided. A multiplexing element for merging the wave paths. Thus, the optical element for the heterodyne light source incorporating the optical frequency shifter can be configured as a thin film optical waveguide type element. Therefore, the optical element for a heterodyne light source can be miniaturized and mass-produced, and has high stability and high reliability.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た導波路型光周波数シフタにおいては、電気制御型光周
波数シフタを、導波路の両側に一対の電極を設けること
によって構成している。従って、この電気制御型光周波
数シフタにより光周波数をシフトさせるためには、この
一対の電極に鋸歯形状に変化する電界を印加する必要が
ある。しかしながら、印加電界を鋸歯形状に変化させる
には、立下がり時間を限りなくゼロに近くしなければな
らず、鋸歯形状で印加電界を急峻に変化させるには限界
がある。このため、周波数シフト量が最大でも数MHz
程度に制限される。さらに、印加電界の鋸歯形状の立下
がりの際には、出力光の光周波数が一時的に急激にダウ
ンする現象が生ずるという問題点があった。
In the waveguide type optical frequency shifter described in the above publication, the electrically controlled optical frequency shifter is constituted by providing a pair of electrodes on both sides of the waveguide. Therefore, in order to shift the optical frequency by the electrically controlled optical frequency shifter, it is necessary to apply an electric field that changes in a sawtooth shape to the pair of electrodes. However, in order to change the applied electric field into a saw-tooth shape, the fall time must be as close to zero as possible, and there is a limit in changing the applied electric field sharply in the saw-tooth shape. Therefore, the frequency shift amount is several MHz at the maximum.
Limited to a degree. Furthermore, when the sawtooth shape of the applied electric field falls, there is a problem that the optical frequency of the output light temporarily drops suddenly.

【0006】一方、前記の音響光学型光周波数シフタの
場合には、音響光学効果による光の回折を利用している
ため、原理的に変換効率が制限される。すなわち、音響
光学効果による回折の効率に制約されるため、10〜2
0%程度の変換効率が限界となる。また、音響光学型の
場合には、光周波数のシフトと同時にモード変換が起こ
るため、周波数シフト後にモードを元に戻すためのモー
ド変換器が必要になる。これによって、光周波数シフタ
の構造が複雑で大型になってしまう。このように、高い
変換効率と広い周波数シフト量の幅とをともに満たす薄
膜導波路型の光周波数シフタを実現することは、極めて
困難であった。そこで本発明においては、変換効率が大
きく、周波数シフト量の範囲を広くとることができる薄
膜導波路型の光周波数シフタおよび光周波数シフタ用の
光集積回路チップを提供することを目的とする。
On the other hand, in the case of the acousto-optic type optical frequency shifter, since the diffraction of light by the acousto-optic effect is used, the conversion efficiency is limited in principle. That is, since the diffraction efficiency is limited by the acousto-optic effect, 10 to 2
The conversion efficiency of about 0% is the limit. In the case of the acousto-optic type, since mode conversion occurs simultaneously with the shift of the optical frequency, a mode converter for returning the mode after the frequency shift is required. As a result, the structure of the optical frequency shifter becomes complicated and large. Thus, it has been extremely difficult to realize a thin film waveguide type optical frequency shifter that satisfies both high conversion efficiency and a wide range of frequency shift. Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin-film waveguide type optical frequency shifter and an optical integrated circuit chip for the optical frequency shifter, which have a high conversion efficiency and a wide range of frequency shift amount.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明に係る薄膜導波路型光周波数シフタ
は、次のように構成されている。すなわち、この薄膜導
波路型光周波数シフタは、その構成が図1に模式的に示
されるように、時間tについて波形がcos(ωt)で
表される入力光L0の周波数ωを−Δωだけシフトさせ
る光周波数シフタであって、入力光L0の光パワーを四
等分して第1,第2,第3および第4の導波光L1〜L
4として導波させる光分波器M0と、第1の導波光L1
を位相変調波形φ(t)で位相変調させる第1の薄膜導
波路型光位相変調器M1と、第2の導波光L2を位相変
調波形−φ(t)で位相変調させる第2の薄膜導波路型
光位相変調器M2と、第3の導波光L3および第4の導
波光L4の位相を−(π/2)だけずらす薄膜導波路型
光位相シフタM5と、薄膜導波路型光位相シフタM5か
ら出力された第3の導波光L3を位相変調波形φ(t−
ΔT)で位相変調させる第3の薄膜導波路型光位相変調
器M3と、薄膜導波路型光位相シフタM5から出力され
た第4の導波光L4を位相変調波形−φ(t−ΔT)で
位相変調させる第4の薄膜導波路型光位相変調器M4
と、第1,第2,第3および第4の薄膜導波路型光位相
変調器M1〜M4から出力された第1,第2,第3およ
び第4の導波光L1〜L4を合成して出力光L5とする
光合波器M6とを有し、位相変調波形φ(t)は、その
周期を2Tとしたとき、0≦t<Tにおいてφ(t)=
Δωt,T≦t<2Tにおいてφ(t)=2ΔωT−Δ
ωt、で表される三角波形であり、ΔωとTは、Δω・
T=mπ(ただし、mは整数)、を満たし、ΔωとΔT
は、Δω・ΔT=(1+4n)(π/2)(ただし、n
は整数)、を満たすことを特徴とする(請求項1に対
応)。ここで、「入力光L0の光パワーを四等分して」
とは、第1〜第4の導波光L1〜L4の光パワーが概略
において等しくなるように分波することであり、必ずし
も厳密に正確に四等分する必要はない。
In order to solve the above-mentioned problems, a thin-film waveguide type optical frequency shifter according to the first aspect of the present invention is configured as follows. That is, this thin film waveguide type optical frequency shifter shifts the frequency ω of the input light L0 whose waveform is represented by cos (ωt) by −Δω at time t, as schematically shown in FIG. An optical frequency shifter, which divides the optical power of the input light L0 into four equal parts to form first, second, third and fourth guided lights L1 to L
4 and a first guided light L1.
A first thin-film waveguide-type optical phase modulator M1 that modulates the phase with a phase modulation waveform φ (t) and a second thin-film waveguide that modulates the phase of the second guided light L2 with a phase modulation waveform −φ (t). Waveguide-type optical phase modulator M2, thin-film waveguide-type optical phase shifter M5 for shifting the phases of third waveguide light L3 and fourth waveguide light L4 by-(π / 2), and thin-film waveguide optical phase shifter The third guided light L3 output from M5 is converted into a phase modulation waveform φ (t−
ΔT), a third thin-film waveguide-type optical phase modulator M3 that performs phase modulation with ΔT), and the fourth guided light L4 output from the thin-film waveguide-type optical phase shifter M5 with a phase modulation waveform −φ (t−ΔT). Fourth thin film waveguide type optical phase modulator M4 for phase modulation
And the first, second, third and fourth guided lights L1 to L4 output from the first, second, third and fourth thin film waveguide type optical phase modulators M1 to M4. And an optical multiplexer M6 for the output light L5. When the period of the phase modulation waveform φ (t) is 2T, φ (t) =
Δ (t) = 2ΔωT−Δ when Δωt, T ≦ t <2T
ωt, and Δω and T are Δω ·
T = mπ (where m is an integer), Δω and ΔT
Is Δω · ΔT = (1 + 4n) (π / 2) (where n
Is an integer), (corresponding to claim 1). Here, “the optical power of the input light L0 is divided into four equal parts”
This means that the first to fourth guided lights L1 to L4 are demultiplexed so that the optical powers thereof are substantially equal, and it is not always necessary to strictly and accurately divide the light into four.

【0008】また、請求項1に係るこの薄膜導波路型光
周波数シフタにおいて、光分波器に入力光を入力させる
ための入力用光ファイバ、光合波器において合成された
出力光を光合波器から出力させるための出力用光ファイ
バ、第1から第4の薄膜導波路型光位相変調器から出力
された第1から第4の導波光の一部あるいは全部をモニ
タするモニタ手段、該モニタ手段から出力されるモニタ
信号に基づいて第1,第2,第3もしくは第4の薄膜導
波路型光位相変調器における位相変調量、あるいは薄膜
導波路型光位相シフタにおける位相シフト量を制御する
制御手段とを付加した構成とすることもできる(請求項
2に対応)。ここで、「第1から第4の導波光の一部を
モニタする」とは、例えば第1の導波光のみ、あるいは
第2と第4の導波光のみをモニタすることを意味する。
また、「第1から第4の導波光の全部をモニタする」と
は、第1,第2,第3,第4の導波光を全てモニタする
ことを意味する。さらに、「モニタする」とは、各導波
光の光パワーのうち一部のみを取り出すことをいう。
In the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the first aspect, an input optical fiber for inputting the input light to the optical demultiplexer, and the output light combined by the optical demultiplexer is output from the optical demultiplexer. Output optical fiber for output from the optical fiber, monitor means for monitoring a part or all of the first to fourth waveguide light output from the first to fourth thin film waveguide type optical phase modulators, and the monitor means For controlling the amount of phase modulation in the first, second, third or fourth thin film waveguide type optical phase modulator or the amount of phase shift in the thin film waveguide type optical phase shifter based on the monitor signal outputted from Alternatively, a configuration in which means are added can be adopted (corresponding to claim 2). Here, "monitoring a part of the first to fourth guided lights" means, for example, monitoring only the first guided light or only the second and fourth guided lights.
"Monitoring all of the first to fourth guided lights" means monitoring all of the first, second, third and fourth guided lights. Further, "monitoring" means extracting only a part of the optical power of each guided light.

【0009】また、上記課題を解決するために、本発明
の請求項3に係る発明においては、薄膜光導波路により
構成された光周波数シフタ用光集積回路チップであっ
て、前記薄膜光導波路を伝播する導波光のパワーを四本
の分岐導波路に四等分して伝播させる光分波器と、前記
四本の分岐導波路のうち第1の分岐導波路の近傍に設け
られ、変調電圧φ(t)が印加される第1の位相変調用
電極と、前記四本の分岐導波路のうち第2の分岐導波路
の近傍に設けられ、変調電圧−φ(t)が印加される第
2の位相変調用電極と、前記四本の分岐導波路のうち第
3の分岐導波路の近傍に設けられ、変調電圧φ(t−Δ
T)が印加される第3の位相変調用電極と、前記四本の
分岐導波路のうち第4の分岐導波路の近傍に設けられ、
変調電圧−φ(t−ΔT)が印加される第4の位相変調
用電極と、前記第3の分岐導波路および第4の分岐導波
路の近傍に設けられ、第3の分岐導波路および第4の分
岐導波路を伝播する導波光の位相を−π/2だけシフト
させる変調電圧が印加される位相シフト用電極と、前記
第1の分岐導波路、前記第2の分岐導波路、前記第3の
分岐導波路、および前記第4の分岐導波路の出力を合成
する光合波器とを有し、前記変調電圧φ(t)は、その
周期を2Tとしたとき、0≦t<Tにおいてφ(t)=
Δωt,T≦t<2Tにおいてφ(t)=2ΔωT−Δ
ωt、で表される三角波形であり、前記ΔωとTは、Δ
ω・T=mπ(ただし、mは整数)、を満たし、前記Δ
ωとΔTは、Δω・ΔT=(1+4n)(π/2)(た
だし、nは整数)、を満たすことを特徴とする光周波数
シフタ用光集積回路チップ。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical integrated circuit chip for an optical frequency shifter comprising a thin-film optical waveguide, wherein the optical integrated circuit chip propagates through the thin-film optical waveguide. an optical demultiplexer for propagating divided into four equal parts the power of the guided light to the four branch waveguides, wherein
Provided near the first branch waveguide of the four branch waveguides
For the first phase modulation to which the modulation voltage φ (t) is applied.
An electrode and a second branch waveguide of the four branch waveguides
And a modulation voltage −φ (t) is applied near the
2 phase modulation electrodes and the four branch waveguides.
3 is provided near the branch waveguide, and the modulation voltage φ (t−Δ
T) a third phase modulation electrode to which T) is applied;
Provided near the fourth branch waveguide of the branch waveguides,
Fourth phase modulation to which a modulation voltage −φ (t−ΔT) is applied
Electrode, the third branch waveguide and the fourth branch waveguide
A third branch waveguide and a fourth branching waveguide.
Shifts the phase of guided light propagating through a branch waveguide by -π / 2
A phase shift electrode to which a modulation voltage to be applied is applied;
A first branch waveguide, the second branch waveguide, the third branch waveguide,
Combining the output of the branch waveguide and the output of the fourth branch waveguide
And the modulation voltage φ (t) is
When the period is 2T, φ (t) = when 0 ≦ t <T
Δ (t) = 2ΔωT−Δ when Δωt, T ≦ t <2T
ωt, and Δω and T are Δ
ω · T = mπ (where m is an integer).
ω and ΔT are Δω · ΔT = (1 + 4n) (π / 2) (
Where n is an integer).
Optical integrated circuit chip for shifters.

【0010】[0010]

【作用】さて、上記構成を備えた本発明に係る薄膜導波
路型光周波数シフタにおける、入力光の波形 cos(ω
t)の変化について考察する。なお、以下の説明におい
て、振幅強度は規格化されているものとする。本発明の
薄膜導波路型光周波数シフタにおいては、時間tについ
て波形が cos(ωt)で表される入力光L0が、光分波
器M0において、その光パワーを四等分されて、第1,
第2,第3および第4の導波光L1〜L4として導波さ
せられる。そして、第1の薄膜導波路型光位相変調器M
1によって、第1の導波光L1が位相変調波形φ(t) で
位相変調させられ、第2の薄膜導波路型光位相変調器M
2によって、第2の導波光L2が位相変調波形−φ(t)
で位相変調させられる。この結果、第1の導波光L1の
波形はcos[ωt+φ(t)]となり、第2の導波光L2の波
形はcos[ωt−φ(t)]となる。これより、第1の導波光
L1と第2の導波光L2の波形の和(L1+L2)は、次式
(1)のようになる。 L1+L2=cos[ωt+φ(t)]+cos[ωt−φ(t)] =2 cos(ωt) ・cos[φ(t)] …(1)
The waveform cos (ω) of the input light in the thin-film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention having the above-described configuration is now described.
Consider the change in t). In the following description, the amplitude intensity is assumed to be standardized. In the thin-film waveguide type optical frequency shifter of the present invention, the input light L0 whose waveform is represented by cos (ωt) at time t is divided into four equal parts in the optical demultiplexer M0, and the first light is divided into four. ,
The light is guided as second, third, and fourth guided lights L1 to L4. Then, the first thin film waveguide type optical phase modulator M
1, the first guided light L1 is phase-modulated by the phase modulation waveform φ (t), and the second thin film waveguide type optical phase modulator M
2 causes the second guided light L2 to have a phase modulation waveform −φ (t).
Is phase modulated. As a result, the waveform of the first guided light L1 becomes cos [ωt + φ (t)], and the waveform of the second guided light L2 becomes cos [ωt−φ (t)]. Accordingly, the sum (L1 + L2) of the waveforms of the first guided light L1 and the second guided light L2 is expressed by the following equation (1). L1 + L2 = cos [ωt + φ (t)] + cos [ωt−φ (t)] = 2 cos (ωt) · cos [φ (t)] (1)

【0011】ここで、位相変調波形φ(t) は、次式
(2),(3)によって記述されるものであり、図2に
示されるような三角波形を有する。0≦t<Tにおい
て、 φ(t) =Δωt …(2) T≦t<2Tにおいて、 φ(t) =2ΔωT−Δωt …(3) ただし、2Tは、位相変調波形φ(t) の周期に相当す
る。すなわち、式(2),(3)で表される関数φ(t)
は、時間tについて繰り返されるものとする。ここで、
ΔωおよびTを、次式(4)の関係を満たすように設定
する。 ΔωT=mπ (ただしmは整数) …(4) これによって、 cos関数の性質より、この位相変調波形
を表す変数φ(t) のtの全範囲にわたって、次式(5)
が成立する。 cos[φ(t)]=cos(Δωt) …(5) この結果、式(1)および式(5)より、第1の導波光
L1と第2の導波光L2の波形の和(L1+L2)は、次式
(6)で表される。 L1+L2=2 cos(ωt) ・cos(Δωt) …(6)
Here, the phase modulation waveform φ (t) is described by the following equations (2) and (3), and has a triangular waveform as shown in FIG. When 0 ≦ t <T, φ (t) = Δωt (2) When T ≦ t <2T, φ (t) = 2ΔωT−Δωt (3) where 2T is the period of the phase modulation waveform φ (t). Is equivalent to That is, the function φ (t) expressed by equations (2) and (3)
Is repeated for time t. here,
Δω and T are set so as to satisfy the relationship of the following equation (4). ΔωT = mπ (where m is an integer) (4) Due to the nature of the cos function, the following equation (5) is obtained over the entire range of t of the variable φ (t) representing the phase modulation waveform.
Holds. cos [φ (t)] = cos (Δωt) (5) As a result, according to Expressions (1) and (5), the sum (L1 + L2) of the waveforms of the first guided light L1 and the second guided light L2 is obtained. Is represented by the following equation (6). L1 + L2 = 2 cos (ωt) cos (Δωt) (6)

【0012】一方、第3の導波光L3および第4の導波
光L4は、まず薄膜導波路型光位相シフタM5によっ
て、入力光の波形 cos(ωt)が−(π/2)ずらされ
る。そして、薄膜導波路型光位相シフタM5から出力さ
れた第3の導波光L3は、第3の薄膜導波路型光位相変
調器M3によって位相変調波形φ(t−ΔT)で位相変調
させられ、第4の導波光L4は、第4の薄膜導波路型光
位相変調器M4によって位相変調波形−φ(t−ΔT)で
位相変調させられる。この結果、第3の導波光の波形は
sin[ωt+φ(t−ΔT)]となり、第4の導波光の波形
は sin[ωt−φ(t−ΔT)]となる。これより、第3の
導波光L3と第4の導波光L4の波形の和(L3+L4)
は、次式(7)のようになる。 L3+L4=sin[ωt+φ(t−ΔT)]+sin[ωt−φ(t−ΔT)] =2 sin(ωt) ・cos[φ(t−ΔT)] …(7) 従って、式(5)および式(7)より、次式(8)のよ
うになる。 L3+L4=2 sin(ωt) ・cos[Δω(t−ΔT)] …(8)
On the other hand, in the third guided light L3 and the fourth guided light L4, first, the waveform cos (ωt) of the input light is shifted by-(π / 2) by the thin film waveguide type optical phase shifter M5. Then, the third guided light L3 output from the thin film waveguide type optical phase shifter M5 is phase-modulated by the third thin film waveguide type optical phase modulator M3 with a phase modulation waveform φ (t−ΔT), The fourth guided light L4 is phase-modulated by the fourth thin-film waveguide type optical phase modulator M4 with a phase modulation waveform -φ (t-ΔT). As a result, the waveform of the third guided light is
sin [ωt + φ (t−ΔT)], and the waveform of the fourth guided light is sin [ωt−φ (t−ΔT)]. Thus, the sum of the waveforms of the third guided light L3 and the fourth guided light L4 (L3 + L4)
Is given by the following equation (7). L3 + L4 = sin [[omega] t + [phi] (t- [Delta] T)] + sin [[omega] t- [phi] (t- [Delta] T)] = 2 sin ([omega] t) * cos [[phi] (t- [Delta] T)] (7) From (7), the following equation (8) is obtained. L3 + L4 = 2 sin (ωt) · cos [Δω (t−ΔT)] (8)

【0013】ここで、ΔωとΔTの関係を、次式(9)
のように設定する。 Δω・ΔT=(1+4n)(π/2) (n;整数) …(9) この結果、式(8),(9)より、第3の導波光L3と
導4の導波光L4の波形の和(L3+L4)は、次式(1
0)で表される。 L3+L4=2 sin(ωt) ・sin(Δωt) …(10) そして、第1,第2,第3および第4の薄膜導波路型光
位相変調器M1〜M4から出力された第1,第2,第3
および第4の導波光L1〜L4は、光合波器M6によっ
て合成されて出力光L5とされる。従って、出力光L5
は、式(6)および式(10)から、次式(11)で表
される。 L5=L1+L2+L3+L4 =2 cos(ωt) ・cos(Δωt) +2 sin(ωt) ・sin(Δωt) =2 cos [(ωt) − (Δωt)] =2 cos [(ω−Δω)t] …(11)
Here, the relationship between Δω and ΔT is expressed by the following equation (9).
Set as follows. Δω · ΔT = (1 + 4n) (π / 2) (n: integer) (9) As a result, according to the equations (8) and (9), the waveforms of the third guided light L3 and the guided light L4 of the guide 4 are obtained. The sum (L3 + L4) is given by the following equation (1)
0). L3 + L4 = 2 sin (ωt) · sin (Δωt) (10) Then, the first and second output from the first, second, third and fourth thin film waveguide type optical phase modulators M1 to M4. , Third
The fourth guided lights L1 to L4 are combined by the optical multiplexer M6 to be output light L5. Therefore, the output light L5
Is represented by the following equation (11) from the equations (6) and (10). L5 = L1 + L2 + L3 + L4 = 2 cos (ωt) cos (Δωt) +2 sin (ωt) sin (Δωt) = 2 cos [(ωt) − (Δωt)] = 2 cos [(ω−Δω) t] (11) )

【0014】結果として、式(11)に示されるよう
に、理論上は100%の変換効率で、波形が cos(ω
t)で表される入力光の周波数ωを−Δωだけシフトさ
せることができる。ここで、周波数シフト量は−Δωと
なるが、Δωは式(9)の関係を満たせば負の値にもで
き、周波数シフト量−Δωをプラスの値とすることもで
きる。また、周波数シフト量−Δωは、位相変調波形φ
(t) により決定される。このφ(t) は、図2に示される
ように三角波形であり、鋸歯形の場合のような問題がな
く、数Hzの低周波数から数10MHz以上の高周波数
まで、安定して発振させることが可能である。従って、
本発明に係る薄膜導波路型光周波数シフタの周波数シフ
ト量−Δωも、数Hzの低周波数から数10MHz以上
の高周波数まで、極めて広い範囲で選択することができ
る。このようにして、変換効率が大きく、周波数シフト
量の範囲を広くとることができる薄膜導波路型光周波数
シフタとなる。
As a result, as shown in equation (11), the waveform is cos (ω) with a conversion efficiency of 100% in theory.
The frequency ω of the input light represented by t) can be shifted by −Δω. Here, the frequency shift amount is −Δω, but Δω can be a negative value as long as the relationship of Expression (9) is satisfied, and the frequency shift amount −Δω can be a positive value. Further, the frequency shift amount −Δω is the phase modulation waveform φ
(t). This φ (t) has a triangular waveform as shown in FIG. 2 and has no problem as in the case of a sawtooth shape, and can stably oscillate from a low frequency of several Hz to a high frequency of several tens MHz or more. Is possible. Therefore,
The frequency shift amount-[Delta] [omega] of the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention can be selected in a very wide range from a low frequency of several Hz to a high frequency of several tens MHz or more. Thus, a thin film waveguide type optical frequency shifter having a high conversion efficiency and a wide range of frequency shift can be obtained.

【0015】また、請求項2に記載の薄膜導波路型光周
波数シフタにおいては、請求項1に記載の薄膜導波路型
光周波数シフタにおける光分波器に入力光を入力させる
ための入力用光ファイバと、光合波器において合成され
た出力光を光合波器から出力させるための出力用光ファ
イバと、第1から第4の薄膜導波路型光位相変調器M1
〜M4から出力された第1から第4の導波光L1〜L4
の一部あるいは全部をモニタするモニタ手段と、モニタ
手段から出力されるモニタ信号に基づいて第1,第2,
第3および第4の薄膜導波路型光位相変調器における位
相変調量、あるいは薄膜導波路型光位相シフタにおける
位相シフト量を制御する制御手段とを付加した構成とし
ている。従って、薄膜導波路型光周波数シフタに対する
基準周波数の光の入力および光周波数がシフトされた光
の出力を、極めて容易に、高効率で行うことができる。
さらに、モニタ手段により、第1から第4の薄膜導波路
型光位相変調器M1〜M4から出力された導波光L1〜
L4の一部あるいは全部をモニタして、第1から第4の
薄膜導波路型光位相変調器M1〜M4および薄膜導波路
型光位相シフタM5をフィードバック制御することによ
り、常に高い変換効率と安定した周波数シフト量を維持
することができる。これによって、高出力、広帯域で安
定性が高く、かつ実装も容易にできる、極めて実用的な
薄膜導波路型光周波数シフタとなる。
In the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the second aspect, the input light for inputting the input light to the optical demultiplexer in the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the first aspect. A fiber, an output optical fiber for outputting the output light combined in the optical multiplexer from the optical multiplexer, and first to fourth thin film waveguide type optical phase modulators M1
To M4, the first to fourth guided lights L1 to L4
Monitoring means for monitoring a part or all of the first, second, and third monitoring means based on a monitoring signal output from the monitoring means.
Control means for controlling the amount of phase modulation in the third and fourth thin film waveguide type optical phase modulators or the amount of phase shift in the thin film waveguide type optical phase shifter is added. Therefore, the input of the light of the reference frequency to the thin-film waveguide type optical frequency shifter and the output of the light with the shifted optical frequency can be performed very easily and with high efficiency.
Further, the monitoring means controls the guided light L1 to L4 output from the first to fourth thin film waveguide type optical phase modulators M1 to M4.
By monitoring a part or all of L4 and feedback-controlling the first to fourth thin film waveguide type optical phase modulators M1 to M4 and the thin film waveguide type optical phase shifter M5, high conversion efficiency and stability are always achieved. The maintained frequency shift amount can be maintained. As a result, an extremely practical thin film waveguide type optical frequency shifter having high output, high stability in a wide band, and easy mounting can be obtained.

【0016】さらに、請求項3に記載の光周波数シフタ
用光集積回路チップにおいては、光分波器によって、薄
膜光導波路を伝搬する導波光の光パワーが、四本の分岐
導波路に四等分して伝搬させられる。この四本の分岐導
波路のうち第1の分岐導波路の近傍には、第1の位相変
調用電極が設けられており、第2の分岐導波路の近傍に
は第2の位相変調用電極が設けられ、また第3の分岐導
波路の近傍には第3の位相変調用電極が、第4の分岐導
波路の近傍には第4の位相変調用電極が設けられてい
る。さらに、第3の分岐導波路および第4の分岐導波路
の近傍には、位相シフト用電極が設けられている。そし
て、合波器によって第1の分岐導波路、第2の分岐導波
路、第3の分岐導波路および第4の分岐導波路の出力が
合成される。従って、第1の位相変調用電極に波形φ
(t) の位相変調電圧を印加し、第2の位相変調用電極に
波形−φ(t) の位相変調電圧を印加し、第3の位相変調
用電極に波形φ(t−ΔT)の位相変調電圧を印加し、第
4の位相変調用電極に波形−φ(t−ΔT)の位相変調電
圧を印加し、さらに位相シフト用電極に導波光の位相を
−(π/2)だけずらす電圧を印加することによって、
前述の式(1)〜(11)によって説明した作用効果に
基づいて、波形が cos(ωt)で表される入力光の周波
数ωが−Δωだけシフトさせられる。このようにして、
請求項3に係る光周波数シフタ用光集積回路チップを用
いることによって、変換効率が大きく、周波数シフト量
の範囲を広くとることができる薄膜導波路型光周波数シ
フタとなる。
Further, in the optical integrated circuit chip for an optical frequency shifter according to the third aspect, the optical power of the guided light propagating through the thin-film optical waveguide is equal to that of the four branched waveguides by the optical demultiplexer. Propagated separately. A first phase modulation electrode is provided near the first branch waveguide among the four branch waveguides, and a second phase modulation electrode is provided near the second branch waveguide. Are provided, and a third phase modulation electrode is provided near the third branch waveguide, and a fourth phase modulation electrode is provided near the fourth branch waveguide. Further, a phase shift electrode is provided near the third branch waveguide and the fourth branch waveguide. Then, the outputs of the first branch waveguide, the second branch waveguide, the third branch waveguide, and the fourth branch waveguide are combined by the multiplexer. Therefore, the waveform φ is applied to the first phase modulation electrode.
(t), a phase modulation voltage of waveform −φ (t) is applied to the second phase modulation electrode, and the phase φ (t−ΔT) is applied to the third phase modulation electrode. A modulation voltage is applied, a phase modulation voltage having a waveform of -φ (t-ΔT) is applied to the fourth phase modulation electrode, and a voltage for shifting the phase of the guided light by-(π / 2) to the phase shift electrode. By applying
The frequency ω of the input light whose waveform is represented by cos (ωt) is shifted by −Δω based on the functions and effects described by the above equations (1) to (11). In this way,
By using the optical integrated circuit chip for an optical frequency shifter according to the third aspect, a thin film waveguide type optical frequency shifter having a high conversion efficiency and a wide frequency shift range can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】次に、本発明を具現化した一実施例について
図2〜図4を参照して説明する。図3は、本発明に係る
薄膜導波路型光周波数シフタの一実施例の全体構成を示
す図である。図3に示される薄膜導波路型光周波数シフ
タ1は、薄膜導波路型の光位相シフタ4、同じく薄膜導
波路で構成されたマッハツェンダ型の光位相変調器6お
よび8、基準周波数の入力レーザ光を導波路に伝搬させ
るための光入力部10、および周波数がシフトされた導
波光を出射させるための光出力部20を中心として構成
されている。以下、各部の構成について、詳細に説明す
る。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of one embodiment of the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention. The thin-film waveguide type optical frequency shifter 1 shown in FIG. 3 includes a thin-film waveguide type optical phase shifter 4, Mach-Zehnder type optical phase modulators 6 and 8 also formed of a thin film waveguide, and input laser light having a reference frequency. The optical input unit 10 propagates the light to the waveguide, and the optical output unit 20 emits the frequency-shifted guided light. Hereinafter, the configuration of each unit will be described in detail.

【0018】図3に示されるように、本実施例の光周波
数シフタ1においては、ZカットLiNbO3 (ニオブ
酸リチウム)単結晶基板2上に、チャンネル型(三次元
型)のTi拡散LiNbO3 光導波路11〜19,23
〜27および32,36が形成されている。なお、図3
の座標系は、導波路厚さ方向をx軸、導波路幅方向をy
軸、そして導波光の伝搬方向をz軸にとっている。Ti
拡散LiNbO3 光導波路11〜19,23〜27およ
び32,36は、単一モード光導波路であり、その導波
路厚さおよび導波路幅は、それぞれ導波光のx軸方向お
よびy軸方向の横モードがシングルモードとなるように
作成されている。また、導波光の伝搬方向である座標軸
のz軸は、ZカットLiNbO3 単結晶基板2のX軸方
向と一致している。
As shown in FIG. 3, in the optical frequency shifter 1 of this embodiment, a channel type (three-dimensional) Ti-diffused LiNbO 3 is placed on a Z-cut LiNbO 3 (lithium niobate) single crystal substrate 2. Optical waveguides 11 to 19, 23
27 and 32, 36 are formed. Note that FIG.
Is the x-axis in the waveguide thickness direction and y in the waveguide width direction.
The axis and the propagation direction of the guided light are taken along the z-axis. Ti
The diffused LiNbO 3 optical waveguides 11 to 19, 23 to 27 and 32, 36 are single-mode optical waveguides, and the thickness and the width of the waveguide are respectively set in the x-axis direction and the y-axis direction of the guided light. The mode is created to be single mode. The z-axis of the coordinate axis, which is the propagation direction of the guided light, matches the X-axis direction of the Z-cut LiNbO 3 single crystal substrate 2.

【0019】図3に示されるように、光周波数シフタ1
のチャンネル型光導波路11〜19,23〜27は、三
箇所の分岐部12,14,24と三箇所の合流部16,
18,26とを有している。すなわち、一本の単一モー
ド光導波路11が、第1分岐部12において二つの単一
モード光導波路13および23に対称に分岐している。
この単一モード光導波路13は、さらに第2分岐部14
において二つの単一モード光導波路15Aおよび15B
に分岐しており、単一モード光導波路23は、第3分岐
部24において二つの単一モード光導波路25Aおよび
25Bに分岐している。これらの分岐した光導波路のう
ち、単一モード光導波路15A,15Bは、第1合流部
16において合流して単一モード光導波路17となり、
単一モード光導波路25A,25Bは、第2合流部26
において合流して単一モード光導波路27となる。そし
て、これらの単一モード光導波路17と27は、第3合
流部18において合流して単一モード光導波路19とな
る。なお、以上のような分岐を有するチャンネル型のT
i拡散LiNbO3 光導波路11〜19,23〜27、
および後述するモニタ用光導波路32,36の作成は、
通常のフォトリソグラフィ技術を用いたパターン化工程
と、LiNbO3 単結晶基板2へTi金属を熱拡散する
工程によって行われている。これらの作成技術は公知の
技術であるので、詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 3, the optical frequency shifter 1
The channel type optical waveguides 11 to 19 and 23 to 27 have three branch portions 12, 14, and 24 and three junction portions 16,
18 and 26. That is, one single-mode optical waveguide 11 is symmetrically branched into two single-mode optical waveguides 13 and 23 at the first branch portion 12.
The single mode optical waveguide 13 further includes a second branch portion 14
The two single-mode optical waveguides 15A and 15B
The single-mode optical waveguide 23 branches into two single-mode optical waveguides 25A and 25B at the third branch portion 24. Of these branched optical waveguides, the single-mode optical waveguides 15A and 15B merge at the first junction 16 to become the single-mode optical waveguide 17,
The single mode optical waveguides 25A and 25B are
At each other to form a single-mode optical waveguide 27. These single-mode optical waveguides 17 and 27 join at the third junction 18 to form a single-mode optical waveguide 19. It should be noted that a channel type T having the above branch
i-diffusion LiNbO 3 optical waveguides 11 to 19, 23 to 27,
The creation of the monitoring optical waveguides 32 and 36 described later is as follows.
This is performed by a patterning process using a normal photolithography technique and a process of thermally diffusing Ti metal into the LiNbO 3 single crystal substrate 2. Since these creating techniques are known techniques, a detailed description thereof will be omitted.

【0020】さて、前記単一モード光導波路23の近傍
には、この光導波路23を挟んで対向した一対の電圧印
加用電極40Aおよび40Bが設けられている。この電
圧印加用電極40A,40Bは、アルミニウム金属薄膜
をパターン化して形成されており、LiNbO3 単結晶
基板2上へのアルミニウム金属のスパッタリングとフォ
トリソグラフィによって作成されている。そして、この
電圧印加用電極40A,40Bには、一対の電圧印加用
リード線41Aおよび41Bが、ハンダ付けによりそれ
ぞれ接続されている。電圧印加用リード線41A,41
Bには、それぞれV1の変調電圧を印加するための電源
42Aおよびアース42Bが接続されている。以上の単
一モード光導波路23、一対の電圧印加用電極40Aお
よび40B、電圧印加用リード線41Aおよび41B、
電源42Aおよびアース42Bによって、薄膜導波路型
の光位相シフタ4が構成されている。
In the vicinity of the single mode optical waveguide 23, a pair of voltage applying electrodes 40A and 40B opposed to each other with the optical waveguide 23 interposed therebetween is provided. The voltage application electrodes 40A and 40B are formed by patterning an aluminum metal thin film, and are formed by sputtering aluminum metal on the LiNbO 3 single crystal substrate 2 and photolithography. A pair of voltage application lead wires 41A and 41B are connected to the voltage application electrodes 40A and 40B by soldering. Voltage application lead wires 41A, 41
A power supply 42A and a ground 42B for applying a modulation voltage of V1 are connected to B, respectively. The above single mode optical waveguide 23, a pair of voltage applying electrodes 40A and 40B, voltage applying leads 41A and 41B,
The thin film waveguide type optical phase shifter 4 is constituted by the power source 42A and the earth 42B.

【0021】また、前記の分岐した一対の単一モード光
導波路15A,15Bの近傍には、光導波路15Aと1
5Bを挟んで対向した一対の電圧印加用電極44A,4
4Bが設けられている。この電圧印加用電極44A,4
4Bも、電圧印加用電極40A,40Bと同様に、アル
ミニウム金属薄膜をパターン化して形成されている。電
圧印加用電極44A,44Bには、一対の電圧印加用リ
ード線45Aおよび45Bがそれぞれ接続されており、
各リード線45A,45Bには、それぞれV2の変調電
圧を印加するための電源46A,アース46Bが接続さ
れている。以上の単一モード光導波路15A,15B、
一対の電圧印加用電極44A,44B、電圧印加用リー
ド線45A,45B、電源46Aおよびアース46Bに
よって、マッハツェンダ型の光位相変調器6が構成され
ている。
In the vicinity of the pair of branched single-mode optical waveguides 15A and 15B, the optical waveguides 15A and
5B, a pair of voltage applying electrodes 44A, 44
4B is provided. These voltage application electrodes 44A, 4
4B is formed by patterning an aluminum metal thin film similarly to the voltage application electrodes 40A and 40B. A pair of voltage application leads 45A and 45B are connected to the voltage application electrodes 44A and 44B, respectively.
A power supply 46A for applying a modulation voltage of V2 and a ground 46B are connected to the lead wires 45A and 45B, respectively. The above single mode optical waveguides 15A, 15B,
A pair of voltage application electrodes 44A and 44B, voltage application leads 45A and 45B, power supply 46A and ground 46B constitute a Mach-Zehnder optical phase modulator 6.

【0022】ここで、電源46AにV2の変調電圧が印
加されたときに単一モード光導波路15Aの導波光がφ
(t) の位相変調を受けたとすると、単一モード光導波路
15Bの導波光は−φ(t) の位相変調を受ける。すなわ
ち、マッハツェンダ型の光位相変調器6は、単一モード
光導波路15Aの導波光を位相変調する第1の薄膜導波
路型光位相変調器6Aと、これと正負が逆転した波形で
単一モード光導波路15Bの導波光を位相変調する第2
の薄膜導波路型光位相変調器6Bとに分けて考えること
ができる。
Here, when a modulation voltage of V2 is applied to the power supply 46A, the guided light of the single mode optical waveguide 15A becomes φ
If the phase modulation of (t) is received, the guided light of the single mode optical waveguide 15B is subjected to the phase modulation of -φ (t). That is, the Mach-Zehnder type optical phase modulator 6 comprises a first thin-film waveguide type optical phase modulator 6A for phase-modulating the guided light of the single-mode optical waveguide 15A, and a single-mode optical phase modulator having a waveform whose polarity is reversed. Second phase modulation of the guided light of the optical waveguide 15B
And the thin film waveguide type optical phase modulator 6B.

【0023】さらに、一対の単一モード光導波路25A
および25Bの近傍にも、同様に、一対の電圧印加用電
極48Aおよび48Bが設けられている。電圧印加用電
極48A,48Bには、一対の電圧印加用リード線49
Aおよび49Bがそれぞれ接続されており、各リード線
49A,49Bには、それぞれV3の変調電圧を印加す
るための電源50Aおよびアース50Bが接続されてい
る。以上の単一モード光導波路25A,25B、一対の
電圧印加用電極48A,48B、電圧印加用リード線4
9A,49B、電源50Aおよびアース50Bによっ
て、マッハツェンダ型の光位相変調器8が構成されてい
る。そして、マッハツェンダ型の光位相変調器8は、単
一モード光導波路25Aの導波光を位相変調する第3の
薄膜導波路型光位相変調器8Aと、これと正負が逆転し
た波形で単一モード光導波路25Bの導波光を位相変調
する第4の薄膜導波路型光位相変調器8Bとに分けて考
えることができる。
Further, a pair of single mode optical waveguides 25A
Similarly, a pair of voltage application electrodes 48A and 48B are provided near the first and second electrodes 25B. A pair of voltage application lead wires 49 is connected to the voltage application electrodes 48A and 48B.
A and 49B are connected to each other, and a power supply 50A and a ground 50B for applying a modulation voltage of V3 are connected to the respective lead wires 49A and 49B. The above single-mode optical waveguides 25A and 25B, a pair of voltage application electrodes 48A and 48B, and a voltage application lead wire 4
The 9A and 49B, the power supply 50A and the ground 50B constitute a Mach-Zehnder type optical phase modulator 8. The Mach-Zehnder type optical phase modulator 8 includes a third thin-film waveguide type optical phase modulator 8A for phase-modulating the guided light of the single-mode optical waveguide 25A, and a single-mode optical phase modulator having a waveform whose polarity is reversed. It can be divided into a fourth thin-film waveguide type optical phase modulator 8B for phase-modulating the guided light of the optical waveguide 25B.

【0024】また、図3に示されるように、前記単一モ
ード光導波路17および27の近傍には、それぞれ単一
モードのチャンネル型光導波路32および36が設けら
れている。これらの単一モード光導波路17と32およ
び単一モード光導波路27と36とは、それぞれ方向性
結合器を構成している。従って、光導波路17,27を
伝搬する導波光の一部は、光導波路32,36に流れ込
む。この光導波路32,36は、光導波路17,27を
伝搬する導波光をモニタするための光導波路であり、各
モニタ用光導波路32,36を伝搬するモニタ光は、そ
れぞれモニタ光出力部34および38から取り出され
る。
As shown in FIG. 3, near the single-mode optical waveguides 17 and 27, single-mode channel optical waveguides 32 and 36 are provided, respectively. The single-mode optical waveguides 17 and 32 and the single-mode optical waveguides 27 and 36 each constitute a directional coupler. Therefore, a part of the guided light propagating through the optical waveguides 17 and 27 flows into the optical waveguides 32 and 36. The optical waveguides 32 and 36 are optical waveguides for monitoring the guided light propagating through the optical waveguides 17 and 27, and the monitor light propagating through the monitoring optical waveguides 32 and 36 are respectively supplied to the monitor light output unit 34 and the monitor light output unit 34. 38.

【0025】さて、前記薄膜導波路型光位相シフタ4
は、電源42AでV1の変調電圧が印加されることによ
って、単一モード光導波路23の導波光の位相を(−π
/2)だけシフトさせる。また、電源46AでV2の変
調電圧が印加されることによって、前記第1の薄膜導波
路型光位相変調器6Aにおいて、単一モード光導波路1
5Aの導波光の位相が波形φ1(t)で位相変調され、同時
に、前記第2の薄膜導波路型光位相変調器6Bにおい
て、単一モード光導波路15Bの導波光の位相が波形−
φ1(t)で位相変調される。さらに、電源50AでV3の
変調電圧が印加されることによって、前記第3の薄膜導
波路型光位相変調器8Aにおいて、単一モード光導波路
25Aの導波光の位相が波形φ1 (t−T/4)で位相変調さ
れ、同時に、前記第4の薄膜導波路型光位相変調器8B
において、単一モード光導波路25Bの導波光の位相が
波形−φ1(t−T/4)で位相変調される。
The thin-film waveguide type optical phase shifter 4
Changes the phase of the guided light of the single mode optical waveguide 23 to (−π) by applying the modulation voltage V1 by the power supply 42A.
/ 2). Further, when the modulation voltage of V2 is applied by the power supply 46A, the single-mode optical waveguide 1 in the first thin-film waveguide-type optical phase modulator 6A is applied.
The phase of the guided light of 5A is phase-modulated with the waveform φ 1 (t), and at the same time, the phase of the guided light of the single-mode optical waveguide 15B is changed in the second thin-film waveguide type optical phase modulator 6B.
Phase modulated by φ 1 (t). Further, when the V3 modulation voltage is applied by the power supply 50A, the phase of the guided light of the single mode optical waveguide 25A is changed to the waveform φ 1 (t−T) in the third thin film waveguide type optical phase modulator 8A. / 4), and at the same time, the fourth thin-film waveguide type optical phase modulator 8B
In, the phase of the guided light in the single-mode optical waveguide 25B is phase-modulated with the waveform −φ 1 (t−T / 4).

【0026】以上のように構成された薄膜導波路型光周
波数シフタ1において、入力光の波形 cos(ωt)がど
のように変化するかについて考察する。前記の位相変調
波形φ1(t)は、次式(12)および(13)によって記
述される。0≦t<Tにおいて、 φ1(t)=(2π/T) ×t …(12) T≦t<2Tにおいて、 φ1(t)=4π−(2π/T) ×t …(13) ただし、2Tは位相変調波形φ1(t)の周期である。すな
わち、式(12),(13)は、前述した式(2),
(3)においてΔω=(2π/T) とした場合、あるいは式
(4)においてm=2とした場合に相当する。従って、
φ1(t)も図2に示されるような三角波形となり、このと
き図2において、ΔωT=2πとなる。そして cos関数
の性質より、式(5)と同様に、次式(14)が成立す
る。 cos[φ1(t)] =cos[(2π/T) ×t] …(14)
In the thin film waveguide type optical frequency shifter 1 configured as described above, how the waveform cos (ωt) of the input light changes will be considered. The phase modulation waveform φ 1 (t) is described by the following equations (12) and (13). When 0 ≦ t <T, φ 1 (t) = (2π / T) × t (12) When T ≦ t <2T, φ 1 (t) = 4π− (2π / T) × t (13) Here, 2T is the period of the phase modulation waveform φ 1 (t). That is, Expressions (12) and (13) are replaced by Expressions (2),
This corresponds to the case where Δω = (2π / T) in (3) or the case where m = 2 in equation (4). Therefore,
φ 1 (t) also has a triangular waveform as shown in FIG. 2, and at this time, ΔωT = 2π in FIG. Then, from the property of the cos function, the following equation (14) is established, similarly to the equation (5). cos [φ 1 (t)] = cos [(2π / T) × t] (14)

【0027】従って、各単一モード光導波路11〜1
9,23〜27における導波光の出力波形は、以下のよ
うになる。まず、光導波路15Aの導波光の波形は、co
s[ωt+φ1(t)] であり、光導波路15Bの導波光の波
形は、cos[ωt−φ1(t)] である。これより、光導波路
15Aと15Bの導波光の波形の和、すなわち第1合流
部16で合流して光導波路17を伝搬する導波光L17
の波形は、次式(15)のようになる。 L17=cos[ωt+φ1(t)] +cos[ωt−φ1(t)] =2 cos(ωt) ・cos[φ1(t)] …(15) 従って、式(14)より、光導波路17を伝搬する導波
光の波形は、次式(16)で表される。 L17=2 cos(ωt) ・cos[(2π/T) ×t] …(16)
Therefore, each single mode optical waveguide 11 to 1
Output waveforms of the guided light in 9, 23 to 27 are as follows. First, the waveform of the guided light of the optical waveguide 15A is co
s [ωt + φ 1 (t)], and the waveform of the guided light in the optical waveguide 15B is cos [ωt−φ 1 (t)]. As a result, the sum of the waveforms of the guided lights of the optical waveguides 15A and 15B, that is, the guided light L17 that merges at the first junction 16 and propagates through the optical waveguide 17
Is as shown in the following equation (15). L17 = cos [ωt + φ 1 (t)] + cos [ωt−φ 1 (t)] = 2 cos (ωt) · cos [φ 1 (t)] (15) Accordingly, from the expression (14), the optical waveguide 17 is obtained. Is represented by the following equation (16). L17 = 2 cos (ωt) ・ cos [(2π / T) × t] (16)

【0028】また、光導波路25Aの導波光の出力波形
は、sin[ωt+φ1 (t−T/4)]であり、光導波路25B
の導波光の出力波形は、sin[ωt−φ1 (t−T/4)]であ
る。これは、前述した式(7)において、ΔT=T/4
とした場合に相当する。従って、光導波路25Aと25
Bの導波光の出力の和、すなわち第2合流部26で合流
して光導波路27を伝搬する導波光L27の出力波形
は、式(7)および式(14)より、次式(17)のよ
うになる。 L27=sin[ωt+φ1 (t−T/4)]+sin[ωt−φ1 (t−T/4)] =2 sin(ωt) ・cos[φ1 (t−T/4)] =2 sin(ωt) ・cos[(2π/T) ×(t−T/4)] …(17) この結果、光導波路27を伝搬する導波光L27の波形
は、次式(18)で表される。 L27=2 sin(ωt) ・cos[(2π/T) ×t−π/2] =2 sin(ωt) ・sin[(2π/T) ×t] …(18)
The output waveform of the guided light of the optical waveguide 25A is sin [ωt + φ 1 (t−T / 4)], and the optical waveguide 25B
The output waveform of the guided light is sin [ωt−φ 1 (t−T / 4)]. This is because ΔT = T / 4 in equation (7) described above.
Is equivalent to Therefore, the optical waveguides 25A and 25A
The sum of the outputs of the guided lights B, that is, the output waveform of the guided light L27 that is merged at the second merging portion 26 and propagates through the optical waveguide 27 is given by the following equation (17) from equations (7) and (14). Become like L27 = sin [ωt + φ 1 (t−T / 4)] + sin [ωt−φ 1 (t−T / 4)] = 2 sin (ωt) · cos [φ 1 (t−T / 4)] = 2 sin (ωt) · cos [(2π / T) × (t−T / 4)] (17) As a result, the waveform of the guided light L27 propagating through the optical waveguide 27 is expressed by the following equation (18). L27 = 2 sin (ωt) · cos [(2π / T) × t−π / 2] = 2 sin (ωt) · sin [(2π / T) × t] (18)

【0029】従って、光導波路17と27の導波光の出
力の和(L17+L27)、すなわち第3合流部18で合流して
光導波路19を伝搬する導波光L19の出力波形は、式
(16)および式(18)より、次式(19)のように
なる。 L19= L17+L27 =2 cos(ωt) ・cos[(2π/T) ×t]+2 sin(ωt) ・sin[(2π/T) ×t] = 2 cos{ (ωt) − [(2π/T) ×t]} = 2 cos{ [ω−(2π/T)]t} …(19) 式(19)に示されるように、光導波路19を伝搬する
導波光L19の波形は、cos(ωt) の入力波形から cos
{ [ω−(2π/T)]t}の出力波形に変換されている。す
なわち、理論上は100%の変換効率で、−(2π/T) だ
け光周波数がシフトされることになる。
Therefore, the sum (L17 + L27) of the outputs of the guided lights of the optical waveguides 17 and 27, that is, the output waveform of the guided light L19 which is joined at the third junction 18 and propagates through the optical waveguide 19 is expressed by the following equation (16). From the equation (18), the following equation (19) is obtained. L19 = L17 + L27 = 2 cos (ωt) cos [(2π / T) × t] +2 sin (ωt) sin [(2π / T) × t] = 2 cos {(ωt) − [(2π / T) × t]} = 2 cos {[ω− (2π / T)] t} (19) As shown in Expression (19), the waveform of the guided light L19 propagating through the optical waveguide 19 is cos (ωt) From the input waveform of
The output waveform is converted to {[ω− (2π / T)] t}. That is, the optical frequency is shifted by-(2π / T) at a conversion efficiency of 100% in theory.

【0030】なお、Δω・ΔT=(2π/T)(T/4)=π/2
であり、ΔωとΔTは前記の式(9)の関係を満たして
いる。また、周波数シフト量−Δωは、位相変調波形φ
1(t)により決定されるが、このφ1(t)は図2に示される
ような三角波形であり、低周波数から高周波数まで安定
して発信させることができるため、周波数シフト量−Δ
ωも、数Hzから数10MHz以上の高周波数まで、極
めて広い範囲で選択することができる。このようにし
て、変換効率が大きく、周波数シフト量の範囲を広くと
ることができる薄膜導波路型光周波数シフタとなる。
Note that Δω · ΔT = (2π / T) (T / 4) = π / 2
Where Δω and ΔT satisfy the relationship of the above equation (9). Further, the frequency shift amount −Δω is the phase modulation waveform φ
1 (t), φ 1 (t) is a triangular waveform as shown in FIG. 2 and can be transmitted stably from a low frequency to a high frequency.
ω can be selected in an extremely wide range from several Hz to high frequencies of several tens of MHz or more. Thus, a thin film waveguide type optical frequency shifter having a high conversion efficiency and a wide range of frequency shift can be obtained.

【0031】次に、以上のような薄膜導波路型光周波数
シフタ1をユニット化した素子について、図4を参照し
て説明する。図4は、薄膜導波路型光周波数シフタ1を
組み込んだ光周波数シフタユニット70の全体構成を示
す図である。図4に示されるように、光周波数シフタユ
ニット70は、薄膜導波路型光周波数シフタ1の光入力
部10に入力光を入力させるための入力用光ファイバ7
4、周波数がシフトされた光を光出力部20から出力さ
せるための出力用光ファイバ84、およびモニタ光出力
部34,38から出力されるモニタ光をモニタするモニ
タ信号線78を有している。
Next, an element in which the above-described thin film waveguide type optical frequency shifter 1 is unitized will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of an optical frequency shifter unit 70 in which the thin-film waveguide type optical frequency shifter 1 is incorporated. As shown in FIG. 4, the optical frequency shifter unit 70 includes an input optical fiber 7 for inputting input light to the optical input unit 10 of the thin film waveguide type optical frequency shifter 1.
4. It has an output optical fiber 84 for outputting the light whose frequency is shifted from the optical output unit 20, and a monitor signal line 78 for monitoring the monitor light output from the monitor light output units 34 and 38. .

【0032】このモニタ信号線78には、モニタ信号を
処理して、その処理結果に基づいて前記の薄膜導波路型
光位相シフタ4、第1の薄膜導波路型光位相変調器6
A、第2の薄膜導波路型光位相変調器6B、第3の薄膜
導波路型光位相変調器8Aおよび第4の薄膜導波路型光
位相変調器8Bにおける位相シフト量もしくは位相変調
量をフィードバック制御するための信号処理ユニット8
0が接続されている。信号処理ユニット80からは、制
御信号線82が、薄膜導波路型光周波数シフタ1の電源
42A,46A,50Aに接続されている。この信号処
理ユニット80は、CPU(中央処理装置)およびRA
M,ROMのメモリ装置を中心として構成されたコンピ
ュータシステムである。そして、電気信号に変換された
モニタ信号の表す波形を、単一モード光導波路17,2
7を伝搬する導波光L17,L27の目標とする波形と
比較して、その結果を制御信号として制御信号線82に
流す。これによって、薄膜導波路型光周波数シフタ1の
電源42A,46A,50Aの各電圧がフィードバック
制御される。なお、モニタ信号線78は、モニタ用光導
波路32,36から出力されるモニタ光をそのまま伝搬
させる光ファイバー等であってもよいし、モニタ光を光
検出器により電気信号に変換して伝達する電気ケーブル
であってもよい。前者の場合には、信号処理ユニット8
0の側に光検出器を設けることになる。
A monitor signal is processed on the monitor signal line 78, and the thin film waveguide type optical phase shifter 4 and the first thin film waveguide type optical phase modulator 6 are processed based on the processing result.
A, The amount of phase shift or the amount of phase modulation in the second thin film waveguide type optical phase modulator 8A and the fourth thin film waveguide type optical phase modulator 8B is fed back. Signal processing unit 8 for controlling
0 is connected. From the signal processing unit 80, a control signal line 82 is connected to the power supplies 42A, 46A, 50A of the thin-film waveguide optical frequency shifter 1. The signal processing unit 80 includes a CPU (central processing unit) and an RA.
This is a computer system mainly configured with M and ROM memory devices. Then, the waveform represented by the monitor signal converted into the electric signal is converted to the single mode optical waveguides 17 and 2.
7 are compared with target waveforms of the guided lights L17 and L27 propagating through the control signal line 7, and the result is sent to the control signal line 82 as a control signal. Thus, the voltages of the power supplies 42A, 46A, and 50A of the thin-film waveguide optical frequency shifter 1 are feedback-controlled. The monitor signal line 78 may be an optical fiber or the like that propagates the monitor light output from the monitor optical waveguides 32 and 36 as it is, or converts the monitor light into an electric signal by a photodetector and transmits the electric signal. It may be a cable. In the former case, the signal processing unit 8
A light detector will be provided on the 0 side.

【0033】このように、本実施例の光周波数シフタユ
ニット70においては、薄膜光導波路型光周波数シフタ
1に、入力用光ファイバ74、出力用光ファイバ84、
モニタ用光導波路32,36から出力されるモニタ光を
モニタするモニタ信号線78、および信号処理ユニット
80を付加している。これによって、入力用光ファイバ
74の入力端72からの入力レーザ光の薄膜光導波路型
光周波数シフタ1への入力と、周波数がシフトされたレ
ーザ光の出力用光ファイバ84の出力端86からの出力
を、極めて容易に、かつ高効率で行うことができる。さ
らに、モニタ用光導波路32,36で導波光をモニタし
てフィードバック制御することによって、常に高い変換
効率と安定した周波数シフト量を維持することができ
る。これによって、高出力、広帯域で安定性が高く、か
つ実装も容易にできる、極めて実用的な薄膜導波路型光
周波数シフタとなる。
As described above, in the optical frequency shifter unit 70 of the present embodiment, the input optical fiber 74, the output optical fiber 84,
A monitor signal line 78 for monitoring monitor light output from the monitor optical waveguides 32 and 36 and a signal processing unit 80 are added. Thereby, the input of the input laser light from the input end 72 of the input optical fiber 74 to the thin-film optical waveguide type optical frequency shifter 1 and the output of the frequency-shifted laser light from the output end 86 of the output optical fiber 84. The output can be performed very easily and with high efficiency. Furthermore, by monitoring the guided light by the monitoring optical waveguides 32 and 36 and performing feedback control, it is possible to always maintain high conversion efficiency and a stable frequency shift amount. As a result, an extremely practical thin film waveguide type optical frequency shifter having high output, high stability in a wide band, and easy mounting can be obtained.

【0034】本実施例においては、第1および第2の薄
膜導波路型光位相変調器6A,6B、また第3および第
4の薄膜導波路型光位相変調器8A,8Bを、それぞれ
一対としてマッハツェンダ型の光位相変調器6,8とし
て構成した場合について示したが、第1〜第4のチャン
ネル型光導波路15A,15B,25A,25Bの両側
に一対ずつの電極を設けて、それぞれ別々の薄膜導波路
型光位相変調器として構成してもよい。勿論、いずれか
一対の薄膜導波路型光位相変調器のみをマッハツェンダ
型の光位相変調器とすることもできる。また、本実施例
では、単一モード光導波路11,13,23からそれぞ
れ対称的に分岐させた二分岐の光導波路を組み合わせた
場合について示したが、一つの分岐部で四本に分岐する
構造としたり、まず三本に分岐して後にそのうちの一本
が二本に分岐するような導波路パターンとすることもで
きる。さらに、光導波路の分岐構造は、入力光の光パワ
ーを最終的に四等分するものであればよく、必ずしも分
岐が対称的である必要はない。
In this embodiment, the first and second thin film waveguide type optical phase modulators 6A and 6B, and the third and fourth thin film waveguide type optical phase modulators 8A and 8B are paired, respectively. Although the case where the optical phase modulators are configured as Mach-Zehnder type optical phase modulators 6 and 8 has been described, a pair of electrodes are provided on both sides of the first to fourth channel type optical waveguides 15A, 15B, 25A and 25B, and separate electrodes are provided. You may comprise as a thin film waveguide type optical phase modulator. Of course, only one of the pair of thin-film waveguide type optical phase modulators can be a Mach-Zehnder type optical phase modulator. Further, in the present embodiment, the case where the two-branch optical waveguides symmetrically branched from the single-mode optical waveguides 11, 13, and 23 are combined is shown. Alternatively, it is also possible to form a waveguide pattern in which the light is first branched into three and then one of them is branched into two. Further, the branching structure of the optical waveguide may be any as long as it finally divides the optical power of the input light into four, and the branching does not necessarily have to be symmetric.

【0035】また、本実施例においては、ZカットLi
NbO3 単結晶基板上にX方向伝搬の単一モード光導波
路を形成した場合について示したが、LiNbO3 単結
晶基板はXカットあるいはYカットでもよく、導波光の
伝搬方向も種々に設定することができる。LiNbO3
単結晶基板に光導波路を作成する方法としても、上述し
たTi拡散法以外にも、プロトン交換法等の方法を用い
ても構わない。さらに、電気光学効果により導波光の位
相変調を行う導波路型素子を構成できれば、基板として
LiNbO3 以外の他の光学単結晶等の材料を選ぶこと
もでき、導波路の作成方法も基板材料に合わせて適宜に
選択することができる。電極を構成する材料も、アルミ
ニウム以外の金属等を用いても構わない。本実施例にお
ける、チャンネル型光導波路17,27とそれぞれ方向
性結合器を構成する直線状のチャンネル型光導波路3
2,36は、導波光をモニタするために設けられたもの
であり、本発明に必須の構成要素ではない。薄膜導波路
型光周波数シフタのその他の部分の構造,形状,大き
さ,材質,数,配置等についても、上記の各実施例に限
定されるものではない。
In this embodiment, the Z-cut Li
Although the case where an X-direction propagating single mode optical waveguide is formed on the NbO 3 single crystal substrate is shown, the LiNbO 3 single crystal substrate may be X-cut or Y-cut, and the propagation direction of the guided light may be set variously. Can be. LiNbO 3
As a method of forming an optical waveguide on a single crystal substrate, a method such as a proton exchange method may be used in addition to the Ti diffusion method described above. Furthermore, if a waveguide-type element that performs phase modulation of guided light by an electro-optic effect can be configured, a material such as an optical single crystal other than LiNbO 3 can be selected as a substrate, and a method of forming a waveguide can be used as a substrate material. It can be appropriately selected in accordance with this. The material constituting the electrode may be a metal other than aluminum. In the present embodiment, the channel-type optical waveguides 17 and 27 and the linear channel-type optical waveguide 3 constituting the directional coupler respectively.
Reference numerals 2 and 36 are provided for monitoring the guided light, and are not essential components of the present invention. The structure, shape, size, material, number, arrangement, and the like of other portions of the thin film waveguide type optical frequency shifter are not limited to the above embodiments.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明においては、電気光学効果を応用
した複数の薄膜導波路型光位相変調器と薄膜導波路型光
位相シフタを組み合わせて、各位相変調波形と位相シフ
ト量を一定条件に設定した薄膜導波路型光周波数シフタ
を創出したために、変換効率が大きく、周波数シフト量
の選択の範囲が広い薄膜導波路型光周波数シフタとする
ことができる。これによって、高性能で信頼性が高くか
つ小型で量産性に優れた極めて実用的な薄膜導波路型光
周波数シフタとなる。そして、任意の周波数シフト量を
設定できるため、光計測の分野のみならず、光通信、光
情報処理等の幅広い分野への応用が可能になる。
According to the present invention, a plurality of thin-film waveguide type optical phase modulators utilizing the electro-optic effect and a thin-film waveguide type optical phase shifter are combined so that each phase modulation waveform and the amount of phase shift are kept constant. Since the set thin film waveguide type optical frequency shifter is created, a thin film waveguide type optical frequency shifter having high conversion efficiency and a wide selection range of the frequency shift amount can be obtained. As a result, an extremely practical thin film waveguide type optical frequency shifter having high performance, high reliability, small size, and excellent mass productivity is obtained. Since an arbitrary frequency shift amount can be set, it can be applied not only to the field of optical measurement but also to a wide range of fields such as optical communication and optical information processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る薄膜導波路型光周波数シフタの構
成を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a thin film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention.

【図2】本発明に係る薄膜導波路型光周波数シフタにお
ける位相変調波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a phase modulation waveform in the thin film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention.

【図3】本発明に係る薄膜導波路型光周波数シフタの一
実施例の全体構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment of a thin film waveguide type optical frequency shifter according to the present invention.

【図4】薄膜導波路型光周波数シフタの一実施例を応用
した光周波数シフタユニットの全体構成を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing an entire configuration of an optical frequency shifter unit to which an embodiment of a thin film waveguide type optical frequency shifter is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 薄膜導波路型光周波数シフタ L0 入力光 L1 第1の導波光 L2 第2の導波光 L3 第3の導波光 L4 第4の導波光 L5 出力光 M0,10〜14,15A,15B,23,24,25
A,25B 光分波器 M1,6A 第1の薄膜導波路型光位相変調器 M2,6B 第2の薄膜導波路型光位相変調器 M3,8A 第3の薄膜導波路型光位相変調器 M4,8B 第4の薄膜導波路型光位相変調器 M5,4 薄膜導波路型光位相シフタ M6,15A,15B,16〜20,25A,25B,
26,27 光合波器
Reference Signs List 1 thin-film waveguide type optical frequency shifter L0 input light L1 first guided light L2 second guided light L3 third guided light L4 fourth guided light L5 output light M0, 10 to 14, 15A, 15B, 23, 24, 25
A, 25B Optical demultiplexer M1, 6A First thin-film waveguide optical phase modulator M2, 6B Second thin-film waveguide optical phase modulator M3, 8A Third thin-film waveguide optical phase modulator M4 , 8B Fourth thin film waveguide type optical phase modulator M5,4 Thin film waveguide type optical phase shifter M6, 15A, 15B, 16-20, 25A, 25B,
26,27 Optical multiplexer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−27820(JP,A) 浅川修一郎 他,1993年電子情報通信 学会春季大会講演論文集,1993年3月15 日,第4分冊,4−241頁 K.K.Wong and R.M. De La Rue,Optics L etters,Vol.7,No.11 (1982),pp.546−548 山崎剛 他,電子情報通信学会技術研 究報告,1987年10月30日,Vol.87, No.232,pp.29−36 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/01 - 2/02 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-27820 (JP, A) Shuichiro Asakawa et al., Proc. Of the 1993 IEICE Spring Conference, March 15, 1993, Volume 4, Page 4-241 K. Wong and R.S. M. De La Rue, Optics Letters, Vol. 7, No. 11 (1982), p. 546-548 Tsuyoshi Yamazaki et al., IEICE Technical Report, October 30, 1987, Vol. 87, No. 232, pp. 29-36 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/01-2/02 JICST file (JOIS) WPI (DIALOG)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 時間tについて波形がcos(ωt)で
表される入力光の周波数ωを−Δωだけシフトさせる光
周波数シフタであって、 前記入力光の光パワーを四等分して第1,第2,第3お
よび第4の導波光として導波させる光分波器と、 前記第1の導波光を位相変調波形φ(t)で位相変調さ
せる第1の薄膜導波路型光位相変調器と、 前記第2の導波光を位相変調波形−φ(t)で位相変調
させる第2の薄膜導波路型光位相変調器と、 前記第3の導波光および第4の導波光の位相を−(π/
2)だけずらす薄膜導波路型光位相シフタと、 前記薄膜導波路型光位相シフタから出力された第3の導
波光を位相変調波形φ(t−ΔT)で位相変調させる第
3の薄膜導波路型光位相変調器と、 前記薄膜導波路型光位相シフタから出力された前記第4
の導波光を位相変調波形−φ(t−ΔT)で位相変調さ
せる第4の薄膜導波路型光位相変調器と、 前記第1,第2,第3および第4の薄膜導波路型光位相
変調器から出力された前記第1,第2,第3および第4
の導波光を合成して出力光とする光合波器とを有し、 前記位相変調波形φ(t)は、その周期を2Tとしたと
き、0≦t<Tにおいてφ(t)=Δωt,T≦t<2
Tにおいてφ(t)=2ΔωT−Δωt、で表される三
角波形であり、前記ΔωとTは、Δω・T=mπ(ただし、mは整
数)、を満たし、 前記ΔωとΔTは、Δω・ΔT=(1+4n)(π/
2)(ただし、nは整数)、を満たすことを特徴とする
薄膜導波路型光周波数シフタ。
1. An optical frequency shifter for shifting a frequency ω of input light having a waveform represented by cos (ωt) by −Δω for a time t, wherein the optical power of the input light is divided into four equal parts, and An optical demultiplexer that guides the first, second, third, and fourth guided lights as light, and a first thin-film waveguide-type optical phase modulator, which performs phase modulation of the first guided light with a phase modulation waveform φ (t). A second thin-film waveguide-type optical phase modulator that modulates the phase of the second guided light with a phase modulation waveform -φ (t); and adjusts the phases of the third guided light and the fourth guided light. − (Π /
2) a thin-film waveguide-type optical phase shifter shifted by only 2); and a third thin-film waveguide for phase-modulating the third guided light output from the thin-film waveguide-type optical phase shifter with a phase modulation waveform φ (t-ΔT). Optical phase modulator; and the fourth optical phase modulator output from the thin-film waveguide optical phase shifter.
A fourth thin-film waveguide-type optical phase modulator for phase-modulating the guided light with a phase modulation waveform -φ (t-ΔT); and the first, second, third, and fourth thin-film waveguide-type optical phases. The first, second, third and fourth signals output from the modulator;
And an optical multiplexer that combines the guided light beams and outputs the combined light beam. The phase modulation waveform φ (t) has a period of 2T, and when 0 ≦ t <T, φ (t) = Δωt, T ≦ t <2
T is a triangular waveform represented by φ (t) = 2ΔωT−Δωt, where Δω and T are Δω · T = mπ (where m is an integer)
), And Δω and ΔT are Δω · ΔT = (1 + 4n) (π /
2) (where n is an integer).
【請求項2】 前記光分波器に前記入力光を入力させる
ための入力光用ファイバ、前記光合波器において合成さ
れた出力光を前記光合波器から出力させるための出力用
光ファイバ、前記第1から第4の薄膜導波路型光位相変
調器から出力された前記第1から第4の導波光の一部あ
るいは全部をモニタするモニタ手段、該モニタ手段から
出力されるモニタ信号に基づいて前記第1,第2,第3
もしくは第4の薄膜導波路型光位相変調器における位相
変調量、あるいは前記薄膜導波路型光位相シフタにおけ
る位相シフト量を制御する制御手段とを付加したことを
特徴とする請求項1に記載の薄膜導波路型光周波数シフ
タ。
2. An input optical fiber for inputting the input light to the optical demultiplexer, an output optical fiber for outputting output light combined in the optical multiplexer from the optical multiplexer, Monitoring means for monitoring a part or all of the first to fourth guided light outputted from the first to fourth thin film waveguide type optical phase modulators, based on a monitor signal outputted from the monitoring means; The first, second, third
2. The apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling a phase modulation amount in the fourth thin film waveguide type optical phase modulator or a phase shift amount in the thin film waveguide type optical phase shifter. A thin film waveguide type optical frequency shifter.
【請求項3】 薄膜光導波路により構成された光周波数
シフタ用光集積回路チップであって、 前記薄膜光導波路を伝播する導波光のパワーを四本の分
岐導波路に四等分して伝播させる光分波器と、 前記四本の分岐導波路のうち第1の分岐導波路の近傍に
設けられ、変調電圧φ(t)が印加される第1の位相変
調用電極と、 前記四本の分岐導波路のうち第2の分岐導波路の近傍に
設けられ、変調電圧−φ(t)が印加される第2の位相
変調用電極と、 前記四本の分岐導波路のうち第3の分岐導波路の近傍に
設けられ、変調電圧φ(t−ΔT)が印加される第3の
位相変調用電極と、 前記四本の分岐導波路のうち第4の分岐導波路の近傍に
設けられ、変調電圧−φ(t−ΔT)が印加される第4
の位相変調用電極と、 前記第3の分岐導波路および第4の分岐導波路の近傍に
設けられ、第3の分岐導波路および第4の分岐導波路を
伝播する導波光の位相を−π/2だけシフトさせる変調
電圧が印加される位相シフト用電極と、 前記第1の分岐導波路、前記第2の分岐導波路、前記第
3の分岐導波路、および前記第4の分岐導波路の出力を
合成する光合波器とを有し、 前記変調電圧φ(t)は、その周期を2Tとしたとき、
0≦t<Tにおいてφ(t)=Δωt,T≦t<2Tに
おいてφ(t)=2ΔωT−Δωt、で表される三角波
形であり、 前記ΔωとTは、Δω・T=mπ(ただし、mは整
数)、を満たし、 前記ΔωとΔTは、Δω・ΔT=(1+4n)(π/
2)(ただし、nは整数)、を満たすことを特徴とする
光周波数シフタ用光集積回路チップ。
3. An optical frequency constituted by a thin film optical waveguide.
An optical integrated circuit chip for a shifter, wherein the power of guided light propagating through the thin-film optical waveguide is divided by four.
An optical demultiplexer that divides the light into four equal parts and propagates the light into the branch waveguide, and an optical splitter near the first branch waveguide among the four branch waveguides.
And a first phase shifter to which a modulation voltage φ (t) is applied.
A tuning electrode and a portion near the second branch waveguide among the four branch waveguides.
A second phase to which the modulation voltage −φ (t) is applied
A modulating electrode, and a modulating electrode , near the third branch waveguide of the four branch waveguides.
A third voltage to which the modulation voltage φ (t−ΔT) is applied.
A phase modulation electrode and a fourth branch waveguide in the vicinity of the fourth branch waveguide.
And a fourth voltage to which the modulation voltage −φ (t−ΔT) is applied.
In the vicinity of the third branch waveguide and the fourth branch waveguide.
And a third branch waveguide and a fourth branch waveguide are provided.
Modulation that shifts the phase of propagating guided light by -π / 2
A phase shift electrode to which a voltage is applied, the first branch waveguide, the second branch waveguide, and the
3 and the output of the fourth branch waveguide.
The modulation voltage φ (t) has a period of 2T,
When 0 ≦ t <T, φ (t) = Δωt, and T ≦ t <2T
Triangular wave represented by φ (t) = 2ΔωT−Δωt
In the form, the [Delta] [omega and T, Δω · T = mπ (although, m is an integer
), And Δω and ΔT are Δω · ΔT = (1 + 4n) (π /
2) (where n is an integer)
Optical integrated circuit chip for optical frequency shifter.
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K.K.Wong and R.M.De La Rue,Optics Letters,Vol.7,No.11(1982),pp.546−548
山崎剛 他,電子情報通信学会技術研究報告,1987年10月30日,Vol.87,No.232,pp.29−36
浅川修一郎 他,1993年電子情報通信学会春季大会講演論文集,1993年3月15日,第4分冊,4−241頁

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